高强耐蚀Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb合金的成分优化及组织性能研究
发布时间：2021-01-17 01:02
海洋面积广阔且蕴含物资丰富,是各国不可或缺的贸易通道和资源宝库,随着能源日渐减少,各国对于海洋的开采和利用日益重视,大力发展各国的海洋工程。由于海洋特殊的服役环境,对材料性能提出越来越严格的要求,Ti90（Ti-4.09Al-3.9Zr-2.05Sn-1.5Mo-0.96Nb）合金是我国近期自主研发的一种新型钛合金,具有高强、耐蚀、高韧性以及可加工性等海洋材料须具备的要求。本文将在Ti90合金的基础上进行优化,希望获得性能更佳Ti-Al-Zr-Sn-Mo-Nb系合金,为海洋、船舶等工业提供更好的耐蚀材料。本文首先采用第一性原理虚拟近似方法进行合金的设计,根据本课题组前期研究,确定Al合金含量为5.5wt.%,利用CASTEP软件计算合金元素Zr、Sn、Mo和Nb的添加对Ti-5.5Al晶格常数、弹性常数和态密度的影响,最终确定合金元素含量范围Zr（1%4%）、Sn（0.5%2.0%）、Mo（0.3%2.0%）、Nb（0.4%1.5%）。根据得到的合金元素含量范围设计了四水平四因素的正交实验,得到16...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钛合金在美国海军船舰上的应用表1-6美国舰船用候选钛合金的相关情况
它需要材料具有较高的强度、良好的塑韧性、优工性能和可焊性。近 钛合金是由大量的 相和少量 钛合金热稳定性好的优点，还具备 β 钛合金热加工优点，加之近 钛合金本身耐蚀性优异，而其中的 度和韧性，所以近 钛合金是适合海洋用和船舶用材材料的设计中，一般要遵守 Al 当量和 Mo 当量准则，公式（1-1）、（1-2）所示[25][Al]AlSn/3Zr/610Oeq Ni/0.8Mn/0.6Fe/0.5Co/0.9[Mo]MoTa/4Nb/3.3W/2V/1.4Cr/0.6eq l 当量和 Mo 当量的良好匹配是设计船用钛合金重要的不同的匹配参数下，所对应的钛合金的焊接性能和应 1-2 如下，可以看出，当 Al 当量处于 6~9 时，Mo 当量能和应力腐蚀性能会得到良好的匹配。
图 2-1 真空非自耗电弧炉和钮扣锭(a) 真空非自耗电弧炉; (b) 真空非自耗电弧炉制备的纽扣锭2.2 微观组织观察2.2.1 X 射线物相分析（XRD）通过电火花线切割手段在纽扣锭最中心部位截取10×10×5mm3的长方体薄超声清洗后逐步采用 240#、400#、600#、800#、1000#、1500#、2000#的砂纸进打磨，最后利用抛光机将试样抛光至在光学显微镜下无划痕。所用仪器为 Empyr智能 X 射线衍射仪，将试样放置载物台后，设置如下实验参数：电压 40 KV、流 40mA，扫描角度 10~90°，扫描速度 10°/min。根据实验得到的衍射图谱，利Jade 软件进行图谱分析，将图谱上的衍射峰通过对比 PDF 卡片来确定合金中相组成和相对含量。2.2.2 金相组织观察（OM）通过电火花线切割手段在纽扣锭最中心部位截取10×10×5mm3的长方体薄超声清洗后逐步采用 240#、400#、600#、800#、1000#、1500#、2000#的砂纸进
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内外钛合金在海洋工程中的应用现状与展望[J]. 于宇,李嘉琪. 材料开发与应用. 2018(03)
[2]钛及其合金的腐蚀[J]. 张睿,张慧霞,贾瑞灵,郭为民. 材料开发与应用. 2013(04)
[3]Sn-0.75Cu钎料接头在NaCl溶液中的电化学腐蚀行为（英文）[J]. 高艳芳,程从前,赵杰,王丽华,李晓刚. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2012(04)
[4]Al、Sn、Cu元素对钛合金力学性能及弹性模量的影响[J]. 王孟光,陈志强,包淑娟,周洪强. 材料开发与应用. 2011(06)
[5]钛合金的腐蚀机理及耐蚀钛合金的发展现状[J]. 杨东,郭金明. 钛工业进展. 2011(02)
[6]正交试验设计与数据分析方法[J]. 彭海滨. 计量与测试技术. 2009(12)
[7]钛的腐蚀与钝化机理电子理论研究[J]. 刘贵立. 物理学报. 2008(07)
[8]钛合金紧固件的腐蚀及其防护技术[J]. 黄晓霞,李荣强,张艳霞. 材料保护. 2008(06)
[9]舰船用钛合金的应用及发展方向[J]. 陈丽萍,娄贯涛. 舰船科学技术. 2005(05)
[10]中国船用钛合金的研究和发展[J]. 陈军,赵永庆,常辉. 材料导报. 2005(06)
博士论文
[1]合金元素对铸造Ti-1100合金组织及性能影响[D]. 付彬国.哈尔滨工业大学 2015
[2]新型医用β钛合金的设计、制备及其固溶时效行为[D]. 许艳飞.中南大学 2012
硕士论文
[1]耐蚀Ti-Al-Nb-Zr-Mo合金的成分优化及组织性能研究[D]. 陈才敏.哈尔滨工业大学 2018
[2]低弹性模量钛合金相稳定性与弹性性质第一性原理研究[D]. 王俊.东南大学 2016
[3]合金化元素对Ti-Nb基合金的显微组织和相关性能的影响[D]. 杨莎.湘潭大学 2012
本文编号：2981883
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钛合金在美国海军船舰上的应用表1-6美国舰船用候选钛合金的相关情况
它需要材料具有较高的强度、良好的塑韧性、优工性能和可焊性。近 钛合金是由大量的 相和少量 钛合金热稳定性好的优点，还具备 β 钛合金热加工优点，加之近 钛合金本身耐蚀性优异，而其中的 度和韧性，所以近 钛合金是适合海洋用和船舶用材材料的设计中，一般要遵守 Al 当量和 Mo 当量准则，公式（1-1）、（1-2）所示[25][Al]AlSn/3Zr/610Oeq Ni/0.8Mn/0.6Fe/0.5Co/0.9[Mo]MoTa/4Nb/3.3W/2V/1.4Cr/0.6eq l 当量和 Mo 当量的良好匹配是设计船用钛合金重要的不同的匹配参数下，所对应的钛合金的焊接性能和应 1-2 如下，可以看出，当 Al 当量处于 6~9 时，Mo 当量能和应力腐蚀性能会得到良好的匹配。
图 2-1 真空非自耗电弧炉和钮扣锭(a) 真空非自耗电弧炉; (b) 真空非自耗电弧炉制备的纽扣锭2.2 微观组织观察2.2.1 X 射线物相分析（XRD）通过电火花线切割手段在纽扣锭最中心部位截取10×10×5mm3的长方体薄超声清洗后逐步采用 240#、400#、600#、800#、1000#、1500#、2000#的砂纸进打磨，最后利用抛光机将试样抛光至在光学显微镜下无划痕。所用仪器为 Empyr智能 X 射线衍射仪，将试样放置载物台后，设置如下实验参数：电压 40 KV、流 40mA，扫描角度 10~90°，扫描速度 10°/min。根据实验得到的衍射图谱，利Jade 软件进行图谱分析，将图谱上的衍射峰通过对比 PDF 卡片来确定合金中相组成和相对含量。2.2.2 金相组织观察（OM）通过电火花线切割手段在纽扣锭最中心部位截取10×10×5mm3的长方体薄超声清洗后逐步采用 240#、400#、600#、800#、1000#、1500#、2000#的砂纸进
【参考文献】：
期刊论文
[1]国内外钛合金在海洋工程中的应用现状与展望[J]. 于宇,李嘉琪. 材料开发与应用. 2018(03)
[2]钛及其合金的腐蚀[J]. 张睿,张慧霞,贾瑞灵,郭为民. 材料开发与应用. 2013(04)
[3]Sn-0.75Cu钎料接头在NaCl溶液中的电化学腐蚀行为（英文）[J]. 高艳芳,程从前,赵杰,王丽华,李晓刚. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2012(04)
[4]Al、Sn、Cu元素对钛合金力学性能及弹性模量的影响[J]. 王孟光,陈志强,包淑娟,周洪强. 材料开发与应用. 2011(06)
[5]钛合金的腐蚀机理及耐蚀钛合金的发展现状[J]. 杨东,郭金明. 钛工业进展. 2011(02)
[6]正交试验设计与数据分析方法[J]. 彭海滨. 计量与测试技术. 2009(12)
[7]钛的腐蚀与钝化机理电子理论研究[J]. 刘贵立. 物理学报. 2008(07)
[8]钛合金紧固件的腐蚀及其防护技术[J]. 黄晓霞,李荣强,张艳霞. 材料保护. 2008(06)
[9]舰船用钛合金的应用及发展方向[J]. 陈丽萍,娄贯涛. 舰船科学技术. 2005(05)
[10]中国船用钛合金的研究和发展[J]. 陈军,赵永庆,常辉. 材料导报. 2005(06)
博士论文
[1]合金元素对铸造Ti-1100合金组织及性能影响[D]. 付彬国.哈尔滨工业大学 2015
[2]新型医用β钛合金的设计、制备及其固溶时效行为[D]. 许艳飞.中南大学 2012
硕士论文
[1]耐蚀Ti-Al-Nb-Zr-Mo合金的成分优化及组织性能研究[D]. 陈才敏.哈尔滨工业大学 2018
[2]低弹性模量钛合金相稳定性与弹性性质第一性原理研究[D]. 王俊.东南大学 2016
[3]合金化元素对Ti-Nb基合金的显微组织和相关性能的影响[D]. 杨莎.湘潭大学 2012
本文编号：2981883
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